(57)【要約】【課題】鉄骨製の柱部材とＨ型鋼製の鉄骨梁との接合部において梁のウェブからの応力を柱体に有効に伝達でき、フランジの破断や接合部の座屈をできるだけ防止し得る柱梁接合部の接続構造を提供する。【解決手段】Ｈ型鋼製の梁とＨ型鋼製の柱との鉄骨製柱梁接合部の接合構造であって、前記柱の柱面に前記梁のフランジの位置に対応させて一対の水平スチフナーが設けられ、前記梁のウェブが前記柱面に向けて突出させて延長形成され、前記一対の水平スチフナーのそれぞれの小口面と前記梁のフランジとが突き合わせ溶接されており、前記梁のウェブの上下両端と前記一対の水平スチフナーとがそれぞれ溶接されており、前記水平スチフナーと前記ウェブとの溶接部は、梁溶接部の全塑性モーメントのウェブ負担分で破断しない条件になっている。【選択図】図５
2006219978.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｈ型鋼製の梁とＨ型鋼製の柱との鉄骨製柱梁接合部の接合構造であって、
前記柱の柱面に前記梁のフランジの位置に対応させて一対の水平スチフナーが設けられ、
前記梁のウェブが前記柱面に向けて突出させて延長形成され、
前記一対の水平スチフナーのそれぞれの小口面と前記梁のフランジとが突き合わせ溶接されており、
前記梁のウェブの上下両端と前記一対の水平スチフナーとがそれぞれ溶接されており、
前記水平スチフナーと前記ウェブとの溶接部は、梁溶接部の全塑性モーメントのウェブ負担分で破断しない条件になっている
ことを特徴とする鉄骨製柱梁接合部の接続構造。
【請求項２】
前記柱面は、前記Ｈ型鋼製の柱のフランジの外面であり、
前記梁のフランジは、前記柱のフランジの外面に溶接された前記水平スチフナーに突き合わせ溶接される
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄骨製柱梁接合部の接続構造。
【請求項３】
前記梁のウェブが前記柱のフランジの外面に接続されることを特徴とする請求項２に記載の鉄骨製柱梁接合部の接続構造。
【請求項４】
前記柱面は、前記Ｈ型鋼製の柱のウェブの表面であり、
前記梁のフランジは、前記柱のウェブの表面に溶接された前記水平スチフナーに突き合わせ溶接される
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄骨製柱梁接合部の接続構造。
【請求項５】
前記水平スチフナーは、前記柱面に一体的に溶接されたダイアフラムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鉄骨製柱梁接合部の接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、鉄骨製の柱とＨ型鋼製の梁とを接合する接続部の構造に関するもので、特に、柱部材と梁部材とを水平スチフナーを介して接合する接合部の接合強度の向上を図った鉄骨製柱梁接合部の接続構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ラーメン構造の鉄骨構造物における柱梁仕口部の接合構造として、梁のフランジ位置に対応させて柱に水平スチフナーを設け、この水平スチフナーの小口面と梁のフランジの小口面とを突き合わせて溶接接合することが一般的に行われている。 
例えば、図６（ａ），（ｂ）は開断面材であるＨ型鋼の柱と梁との接合部構造を示す側面図と平断面図であり、同図に示すように上記水平スチフナーとして、柱１０２には梁１０４のフランジ位置に対応させて当該梁１０４のフランジ１０６の板厚よりも厚い板厚のダイアフラム１０８を一体的に溶接接合して上下一対で設け、かつダイアフラム１０８，１０８間にはこれらを繋ぐウェブ１１０を縦に配して一体的に接合し、ダイアフラム１０８の小口面に対して梁１０４の上下のフランジ１０６，１０６の小口面を突き合わせて溶接接合し、またダイアフラム１０８，１０８間に設けたウェブ１１０と梁１０４のウェブ１１２とをブラケット１１４を介して高張力ボルト等で締結固定するようにしている。
【０００３】
また、柱部材としてボックスコラムに代表される内部が中空の管状の鋼管製柱部材を用いる場合がある。この鋼管の柱部材では、中空体であるため座屈し難いうえ、強度あたりの単位重量が小さく、また内部にコンクリートを打設することによりコンクリートとの合成構造を容易に構築することができるため、近年広い分野で使用されるに至っている。 
そして、この鋼管の柱部材では接合部において、フランジとウェブとからなる断面Ｈ型の鉄骨梁とを接合する方法として図７（ａ）に示すものがある。すなわち、管状の柱部材２０２を横断させて板状のダイアフラム２０８を鉄骨梁２０４のフランジ２０６が接合される位置と合致する高さに水平スチフナーとして配設するとともに、鉄骨梁２０４のフランジ２０６をダイアフラム２０８に合致させて溶接接合する一方、鉄骨梁２０４のウェブ２１０は柱部材２０２の側面に当接させて溶接接合するようにしている。 
このような図６及び図７の仕口部によれば、鉄骨梁１０４，２０４に作用する曲げモーメント等の応力をフランジ１０６，２０６からダイアフラム１０８，２０８を介して柱部材１０２，２０２に伝達することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記図６のＨ型鋼製の柱１０２と梁１０４とを繋ぐ接合構造では、ダイアフラム１０８，１０８間に設けた柱１０２側のウェブ１１０と梁１０４のウェブ１１２とをブラケット１１４を介して高張力ボルト等で締結固定しているので、これらウェブ１１０，１１２間では剪断応力の伝達は行えるものの曲げ応力は伝達することができず、ダイアフラム１０８やフランジ１０６に応力が集中してこれらが破断する惧れがあった。 
一方、上記図７の鋼管製の柱２０２とＨ型鋼の梁２０４とを繋ぐ接合構造では、ウェブ２１２から柱部材２０２の表面に作用する荷重については、これを補強するための部材が柱部材２０２側に設けられていないため、同図（ｃ）に示すように、柱部材２０２表面において座屈を生じる惧れがあった。また、上記接合構造では、鉄骨梁２０４に作用する応力をフランジ２０６を介して通しダイアフラム２０８で負担するため、この通しダイアフラム２０８やフランジ２０６に応力が集中してこれらが破断する惧れがあった。 
そのため、従来では、柱部材１０２，２０２の肉厚を厚くするか、若しくはダイアフラム１０８，２０８の厚さを増すなどして、接合部における耐力を向上させる必要があり、これによる鉄骨量が増大し、各部材の重量が大きくなるなどの弊害が生じていた。 
本発明は以上のような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄骨製の柱部材とＨ型鋼製の鉄骨梁との接合部において梁のウェブからの応力を柱体に有効に伝達でき、フランジの破断や接合部の座屈を可及的に防止し得る柱梁接合部の接続構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の柱梁接合部の接続構造は、上記目的を達成するためになされたものであり、その要旨は、Ｈ型鋼製の梁とＨ型鋼製の柱との鉄骨製柱梁接合部の接合構造であって、前記柱の柱面に前記梁のフランジの位置に対応させて一対の水平スチフナーが設けられ、前記梁のウェブが前記柱面に向けて突出させて延長形成され、前記一対の水平スチフナーのそれぞれの小口面と前記梁のフランジとが突き合わせ溶接されており、前記梁のウェブの上下両端と前記一対の水平スチフナーとがそれぞれ溶接されており、前記水平スチフナーと前記ウェブとの溶接部は、梁溶接部の全塑性モーメントのウェブ負担分で破断しない条件になっていることを特徴とする。（請求項１）。
【０００６】
ここで、前記柱面は、前記Ｈ型鋼製の柱のフランジの外面であり、前記梁のフランジは、前記柱のフランジの外面に溶接された前記水平スチフナーに突き合わせ溶接されることができる（請求項２）。
【０００７】
また、前記梁のウェブが前記柱のフランジの外面に接続されることができる（請求項３）。
【０００８】
あるいは、前記柱面は、前記Ｈ型鋼製の柱のウェブの表面であり、前記梁のフランジは、前記柱のウェブの表面に溶接された前記水平スチフナーに突き合わせ溶接されることができる（請求項４）。
【０００９】
また、前記水平スチフナーは、前記柱面に一体的に溶接されたダイアフラムであることができる（請求項５）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本実施形態の柱梁接合部の接続構造によれば、柱部材の柱面から水平に突出するダイアフラム等の水平スチフナーの小口面に梁のフランジの小口面を突き合わせて溶接接合するとともに、梁のウェブを柱面まで延長形成してその上下の両縁を上記水平スチフナーに溶接接合し、しかもスチフナーの突出長さは梁成の２０％以上にしてこれらを溶接するので、梁に作用する応力をフランジからだけでなく、ウェブをも通じて水平スチフナーに伝達させることができるようになる。このため、梁のフランジと水平スチフナーとの接合部分に応力が集中しなくなって、これらに破断が生ずるのを可及的に防止できるようになるので、接合している部材が十分塑性変形するまで接合部が破断しないことを条件とする保有耐力接合を採用するにあたって、部材及び骨組の塑性変形能力を十分に確保することができ、骨組の耐震性能の向上を可及的に図れるようになる。 
また、上記スチフナーの突出長さを梁成の２０％以上にする理由は、次のことによる。すなわち、上記保有耐力接合の条件を満足して、梁溶接部が全塑性に達した後もすぐに破断せずに大きく塑性変形させるためには、水平スチフナーとウェブとの溶接部は、梁溶接部の全塑性モーメントのウェブ負担分で破断しないようにする。 
つまり、上記ウェブ負担分のモーメントをｂｗＭｐ、溶接部の破断耐力の偶力をｓＭｕとすると、
ｓＭｕ＞ｂｗＭｐ    ………（１）
を満足する必要がある。
【００１１】
ここで、
ｔｆ：フランジ厚さ
ｔｗ：ウェブ厚さ
ｔｄ：ダイアフラム厚さ
ｌｓ：ダイヤフラムの突出長さ
ｌｗ：ウェブの隅肉溶接長さ
ｓ：隅肉溶接のサイズ
ｈ：鉄骨梁成 
τｕｗ：ウェブ分破断時の剪断応力度
σｙｗ：ウェブ分降伏時の引張り応力度
とすると（図２，図３参照）、
ｓＭｕ＝ｔｗ・ｌｗ・τｕｗ・（ｈ−２ｔｄ）    ………（２）
【数１】
2006219978.tif 000003
【００１２】
と表すことができ、また上式（２）中のτｕｗは、
【数２】
2006219978.tif 000004
【００１３】
と表せる。
【００１４】
なお、上式（２）中に記されるｌｗは便宜的に、隅肉溶接のサイズの２倍の項を略して
【数３】
2006219978.tif 000005
【００１５】
また、上記式（２）中の（ｈ−２ｔｄ）は便宜的に、鉄骨梁のウェブ成の（ｈ−２ｔｆ）と置き換えて、
【数４】
2006219978.tif 000006
【００１６】
と仮定すると、
ｓＭｕ＝ｔｗ・ｌｓ・τｕｗ・（ｈ−２ｔｆ） ……（２）´
と表せる。
【００１７】
さらに、上記式（３）中の0.4292・ｒ２・（ｈ−２ｔｆ−0.4467・ｒ）はウェブフィレットの項であるが、便宜的にフィレットがないものと仮定してこれを削除することにすると、
【数５】
2006219978.tif 000007
【００１８】
となる。
【００１９】
よって、上式（１），（２）´，（３）´，（４）式から、ダイアフラムの突出長さと鉄骨梁のウェブ成との関係を導くと、下式（７）のダイアフラムの適切な突出長さの最小限度の評価式が得られる。
【数６】
2006219978.tif 000008
【００２０】
従って、ダイアフラム（水平スチフナー）の突出長さは接合する梁部材のウェブ成の約２０％以上に設定すれば、部材及び骨組の塑性変形能力を十分に確保して柱と梁とを保有耐力接合させることができ、骨組の耐震性能の向上を可及的に図れるようになる。
【００２１】
以下に、本発明に係る柱梁接合部の接続構造の好適な実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１〜図３は、第一参考例を示す説明図であり、図１は全体構成を示す斜視図、図２はその要部の平面図、図３はその要部の縦断面図である。
【００２３】
図１〜図３に示すように、この第一参考例は接続構造を、閉鎖断面を有する略角形の鋼管製の柱１と、フランジ２ａとウェブ２ｂとからなるＨ型鋼製の梁２とが接合される柱梁接合部に適用したものであり、この図示例では、接合部において２つの鉄骨梁２（２Ａ、２Ｂ）が角形鋼管柱１の２面に一直線状になるようにそれぞれ接合されている。
【００２４】
上記柱１と各梁２は、柱１を横断して水平に配設される水平スチフナーとしての通し形式のダイアフラム４を介して接合されており、この通しダイアフラム４は柱１の横断面より大きく、当該柱１外周の柱面から環状に周縁部が突出する鋼製の板状部材でなる。また、通しダイアフラム４はＨ型鋼製の梁２のフランジ２ａに対応されて、これが接合される位置に合致されて上下一対で平行に配設されており、角形鋼管柱１に隅肉溶接で一体的に接合されている。そして、この通しダイアフラム４の小口面に前記梁２のフランジ２ａの小口面が突き合わされて溶接接合される。
【００２５】
ところで、フランジ２ａの小口面と突き合わされる通しダイアフラム４の小口面は、その柱面からの距離が大きく取られ、当該部位の通しダイアフラム４の突出長さ（ｌｓ＋２ｓ）は上記梁２のウェブ２ｂの高さであるウェブ成（ｈ−２ｔｆ）の２０％以上に設定されている。そして、この通しダイアフラム４と梁２のフランジ２ａとを突き合わせ溶接する一方、梁２のウェブ２ｂを柱面に向けて突出させて延長形成し、この突出させたウェブ２ｂの上下両縁を通しダイアフラム４，４に隅肉溶接にて接合させている。
【００２６】
このような、第一参考例の柱梁接合部の接続構造によれば、梁２に作用する応力をフランジ２ａからだけでなく、ウェブ２ｂをも通じて通しダイアフラム４に伝達させることができるようになる。このため、フランジ２ａと通しダイアフラム４との接合部分に応力が集中しなくなって、これらに破断が生ずるのを可及的に防止できるようになるので、接合している部材が十分塑性変形するまで接合部に破断が生じないことを条件とする保有耐力接合を採用するにあたって、柱梁接合部の各部材及び骨組の塑性変形能力を十分に確保することができ、骨組の耐震性能の向上を可及的に図れるようになる。
【００２７】
また、鉄骨梁２のフランジ２ａ及びウェブ２ｂから通しダイアフラム４に多大な応力が伝達されるようになるから、ウェブ２ｂの先端から角形鋼管柱１の外面に伝達される応力によって当該柱の側面部位に局部座屈が生じてしまうことを抑えることができるようになる。
【００２８】
図４は柱梁接合部の接続構造の第二参考例を示すもので、梁のフランジ間で切断した状態の断面図である。図示するように、この第二参考例では、柱２１に同心円状の閉鎖断面を有する円形鋼管製のものを用いている。その他の点では前記第一参考例と同一であり、よって詳しい説明は省略する。このように、柱２１には角形鋼管に限らず、円形鋼管を用いても良く、この場合には通しダイアフラム４の突出長さは、これが最小となる部分、つまり柱２１の円筒面から梁２との接合部である小口面までの距離が最短になる部分の突出長さ（ｌｓ＋２ｓ）が梁成の２０％以上にされ、当該部位に沿って梁２のウェブ２ｂの延長部が挿通されて、その上下に一対で設けられている通しダイアフラム４，４に隅肉溶接される。
【００２９】
図５は本発明に係る柱梁接合部の接続構造の実施形態を示すもので、やはり梁のフランジ間で切断した状態の断面図である。この実施形態では、柱３１には開断面材のＨ型鋼製のものを用いており、この柱３１に２本の梁２（２Ａ，２Ｂ）が直交するように接続されている。水平スチフナーとしてのダイアフラム３４（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ）は４分割されて柱３１の全周に沿って水平に溶接接合されている。また、ダイアフラム３４は上下一対で梁のフランジの接合位置に合致されて配設されている。
【００３０】
ここで、図において紙面の上方から柱３１に接合される梁２Ａは、当該Ｈ型鋼製の柱３１のフランジ３１ａの外面を柱面としてこれに一体的に溶接接合されて設けられた水平に突出する板状のダイアフラム３４ａを介して接続されるようになっており、柱面としてのフランジ３１ａ外面からダイアフラムの小口面までの突出長さ（ｌｓ＋２ｓ）がこれに接続される梁２Ａの梁成の２０％以上に形成されている。
【００３１】
そして、前述の参考例のものと同様に、梁２Ａはそのフランジ２ａの小口面がダイアフラムの小口面に突き合わせ溶接で接合される一方、ウェブ２ｂが柱面に向けて突出されて延長形成され、その上下の両縁がダイアフラムに隅肉溶接で接合されるとともに、ウェブ２ｂの先端が柱面をなすフランジ３１ａの外表面に縦に沿って隅肉溶接で接合されている。
【００３２】
また、図において紙面の右方から柱３１に接合される梁２Ｂは、当該Ｈ型鋼製の柱３１のウェブ３１ｂの表面を柱面としてこれに水平に一体的に溶接接合された板状のダイアフラム３４ｂを介して接続されるようになっている。ここで、このダイアフラム３４ｂはその両側部も柱３１のフランジ３１ａの内側面に溶接接合されているが、梁２Ｂのフランジ２ａが突き合わせ溶接接合される突出端の小口面までの突出長さ（ｌｓ＋２ｓ）は、上記ウェブ３１ｂの表面を起点としてその長さ（ｌｓ＋２ｓ）が梁２Ｂの梁成の２０％以上に形成されている。従って、ダイアフラム３４ｂは梁２Ｂが接合されるその中央部分における上記突出長さが梁成の２０％以上であれば、当該中央部分はその両側の柱のフランジ３１ａの長さよりも短くなっても良い。なお、梁２Ｂのウェブ２ｂはやはり上記柱面に向けて延長形成されて、その上下の両縁が一対のダイアフラム３４ｂ，３４ｂに隅肉溶接で接合される。
【００３３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の柱梁接合部の接続構造によれば、柱部材の柱面から水平に突出するダイアフラム等の水平スチフナーの小口面に梁のフランジの小口面を突き合わせて溶接接合するとともに、梁のウェブを柱面まで延長形成してその上下の両縁を上記水平スチフナーに溶接接合し、しかもスチフナーの突出長さは梁成の２０％以上にしてこれらを溶接するので、梁に作用する応力をフランジからだけでなく、ウェブをも通じて水平スチフナーに伝達させることができるようになる。このため、フランジと水平スチフナーとの接合部分に応力が集中しなくなって、これらに破断が生ずるのを可及的に防止できるようになる。これにより、接合している部材が十分塑性変形するまで接合部が破断しないことを条件とする保有耐力接合を採用するにあたって、部材及び骨組の塑性変形能力を十分に確保することができ、骨組の耐震性能の向上を可及的に図れるようになる。
【００３４】
また、鉄骨梁のフランジ及びウェブから水平スチフナーに多大な応力が伝達されるようになるから、柱に閉鎖断面材の鋼管製のものを用いても、梁のウェブ先端から鋼管製の柱の外面に伝達される応力によって当該柱の側面部位に局部座屈が生じてしまうことを抑えることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】第一参考例にかかる柱梁接合部の接続構造を示す斜視図である。
【図２】図１の要部を示す平断面図で、梁のウェブで切断した状態の図である。
【図３】図１の要部を示す縦断面図である。
【図４】第二参考例にかかる柱梁接合部の接続構造を示す要部の平断面図で、梁のウェブで切断した状態の図である。
【図５】この発明の実施形態にかかる柱梁接合部の接続構造を示す要部の平断面図で、梁のウェブで切断した状態の図である。
【図６】従来のＨ型鋼製の柱と梁との接合部構造を示す図であり、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその平断面図である。
【図７】従来の鋼管製の柱と梁との接合部を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその側面図、（ｃ）は接合部における柱部材の局部座屈を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，２１，３１  柱
２  梁
２ａ  梁のフランジ
２ｂ  梁のウェブ
４，２４，３４  ダイアフラム（水平スチフナー）
３１ａ  柱のフランジ
３１ｂ  柱のウェブ
【図１】
2006219978.tif 000009
【図２】
2006219978.tif 000010
【図３】
2006219978.tif 000011
【図４】
2006219978.tif 000012
【図５】
2006219978.tif 000013
【図６】
2006219978.tif 000014
【図７】
2006219978.tif 000015